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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节,基因工程的发展前景,1,一、基因工程的应用,1,、动植物的遗传育种,2,、疾病防治,3,、生态环境保护,4,、光合作用和生物固氮,5,、蛋白质工程,6,、人类基因组科学、发育生物学、神经生物学,2,二、科学家在基因工程方面的最新尝试,光合作用,（,1,）什么是光合作用？,（,2,）如何提高光合效率？,内因：,外因：,色素、酶,光照、二氧化碳、矿质元素、水,（,3,）以上哪些可通过基因工程来实现提高光合效率？,3,二、科学家在基因工程方面的最新尝试,1,、光合作用,二磷酸核酮糖羧化酶,功能；,改造方向：,结果：,通过羧化作用,固定,二氧化碳，,催化,底物加氧反应,提高该酶的羧化酶活性,降低其加氧酶活性,提高植物对二氧化碳的固定速率,二磷酸核酮糖,羧化酶,/,加氧酶,可以催化,二磷酸核酮糖,与二氧化碳的羧化反应或与氧气的氧化反应。,4,二、科学家在基因工程方面的最新尝试,2,、生物固氮,（,2,）生物固氮由哪些生物来完成？,（,1,）氮元素在植物细胞中有何作用？,（,3,）生物固氮有何意义？,（,4,）如何应用基因工程让非豆科植物能固氮？,（,5,）为什么科学家尚未培育出有固氮能力的豆科植物？,5,氮在植物体中的作用,1),、氮是构成,蛋白质,的主要成分，,2),、,核酸、辅酶、磷脂、叶绿素,等都含有氮,所以氮为,基本生命元素,，,必须不断补充,植物体氮吸收的形式：,主要是,无机态氮,，即,铵态氮,和,硝态氮,，也可以吸收利用,有机态氮,，如,尿素,等。,6,根瘤菌：,原核,单细胞,代谢类型是,异养需氧型,侵入豆科作物根部后不断繁殖可刺激根薄壁细胞分裂、组织膨大成,根瘤,7,生物固氮,固氮微生物,将,N,2,还原为,含,N,化合物,的过程。,根瘤菌豆科植物,将固氮细菌体内的,固氮基因转移,到,非豆科粮食作物,的细胞内，让非豆科粮食作物的细胞内,合成出固氮酶,并且,固氮,固氮基因工程：,8,二、科学家在基因工程方面的最新尝试,3,、生物反应器,（,1,）什么是生物反应器？,用来生产,蛋白质,药物（包括疫苗）的,动植物,（,2,）已获得哪些成就？,9,热点,1,植物,生产,疫苗,2001-6,中国农科院经过十年研究，培育出的抗乙肝西红柿顺利通过前三个阶段的测试 抗乙肝西红柿与普通西红柿口感一样，对人体没有任何毒副作用。食用抗乙肝西红柿，虽不能治愈乙肝，但一年只吃几个，就完全能代替注射乙肝疫苗。这种西红柿上市后将论个出售，每个售价大概在,2,元左右。,10,如荷兰的,GenPharm,公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是,50,亿美元。,热点,2,转基因,动物乳腺,生产,蛋白质药物,11,二、科学家在基因工程方面的最新尝试,4,、蛋白质工程（,第二代基因工程,）,（,1,）定义：,（,2,）蛋白质工程与基因工程的异同,利用,基因工程技术,对天然蛋白质进行改造，以便获得具有,理想,生物学功能的,蛋白质,相同点：,不同点：,两者都是,分子水平,的操作,12,项目,蛋白质工程,基因工程,蛋白质,实质,应用,现状,合成自然界,不存在,的蛋白质,天然存在,的蛋白质,改造基因,目的基因导入受体细胞并表达,对现有蛋白质进行改造，对创造新的蛋白质还未成功,已被广泛应用,13,二、科学家在基因工程方面的最新尝试,4,、蛋白质工程（,第二代基因工程,）,（,3,）优点：,（,4,）实例：,提高蛋白质的,活性,、,稳定性,、,产率,提高,T4,溶菌酶的热稳定性,点突变,异亮氨酸,半胱氨酸,二硫键,14,15,1,水蛭素改造,水蛭素是水蛭唾液腺分泌的,凝血酶特异抑制剂,，它有多种变异体，由,65,或,66,个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于,治疗血栓疾病,。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体,HV2,的设计方案，将,47,位的,Asn,（天冬酰胺）变成,Lys,（赖氨酸），使其与分子内第,4,或第,5,位,Thr,（苏氨酸）间,形成氢键,来帮助水蛭素,N,端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高,4,倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高,20,倍。,16,2,、,干扰素,是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的,cDNA,在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为,106 U/mg,，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的,-,干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，,-,干扰素蛋白质中有,3,个半胱氨酸（第,17,位、,31,位和,141,位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第,17,位的半胱氨酸，通过,基因定点突变,改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的,-,干扰素的抗病性活性提高到,108 U/mg,，并且比天然,-,干扰素的贮存,稳定性高,很多。,17,三、基因工程的未来,解决人类的问题：,1,、粮食问题,2,、健康问题,3,、环境问题,帮助人们认识生命世界和人类自己：,1,、对人类基因组的研究,2,、受精卵发育机制的研究,3,、人类学习和记忆的分子基础,18,谢 谢,19,
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